硅是重要的石化替代材料、能源材料和電子材料。硅的地殼豐度為27%，僅次于氧（46%），大約是碳的1000倍，資源極其豐富，開發(fā)潛力巨大。大規(guī)模、低成本利用硅資源以生產(chǎn)人類社會需要的能源及材料，并以此應(yīng)對化石原料危機(jī)帶來的威脅，減少碳排放及溫室效應(yīng)，是人類社會通向未來的一條必經(jīng)之路。長期以來，硅材料的開發(fā)利用都是工業(yè)界和全社會關(guān)注的焦點(diǎn)。

一、   工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)情況

工業(yè)硅又稱金屬硅或結(jié)晶硅，通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑、硅鋼的合金劑，冶煉特種鋼和非鐵基合金的脫氧劑，生產(chǎn)半導(dǎo)體硅、有機(jī)硅的起始原料。位于硅基新材料產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，是光伏、有機(jī)硅、合金等國民經(jīng)濟(jì)重要部門的核心原料。

在我國,金屬硅通常按其所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質(zhì)的含量來分類。按照金屬硅中鐵、鋁、鈣的百分比含量，金屬硅可分為553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌號。（關(guān)于金屬硅編號來源：一和二的代號為鐵和鋁的百分比含量，三和四兩位代表鈣的含量。例如553代表其中的鐵鋁鈣的含量為5%、5%、3%；3303代表其中鐵鋁鈣的含量為3%、3%、0.3%）

一般來說，金屬硅可以劃分為冶金級和化學(xué)級。冶金級金屬硅主要用于生產(chǎn)硅鋁合金，整體品質(zhì)略低?；瘜W(xué)級金屬硅主要用于生產(chǎn)有機(jī)硅，三氯氫硅等用途。我國生產(chǎn)的金屬硅（硅含量98.5%），一開始主要是供冶金工業(yè)用，化學(xué)工業(yè)用金屬硅（硅含量99%以上）的生產(chǎn)從90年代中期以來才有所發(fā)展。

（一）工業(yè)硅的主要應(yīng)用領(lǐng)域

添加劑：工業(yè)硅添加到鋁、鐵等金屬中，可改良或增強(qiáng)金屬的優(yōu)良性能。汽車（含摩托車）用鋁對工業(yè)硅的需求相當(dāng)大，所以一個地區(qū)、國家的汽車工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r對工業(yè)硅的市場興衰有直接的影響。

半導(dǎo)體硅/單晶硅：工業(yè)硅進(jìn)一步提純至99.999%以上（4個九以上，9越多越值錢），制成多晶硅（圓柱體），再用機(jī)械切割成硅單晶片，大量應(yīng)用到電子信息工業(yè)上。比如各類IC卡、VCD片、DVD片等。目前我國提純的技術(shù)不是十分成熟，基本上依賴日本進(jìn)口，即日本從我國以每噸7300元到7600元左右的價(jià)格進(jìn)口工業(yè)硅原材料，進(jìn)一步提純再以每噸30萬人民幣左右的價(jià)格出口到我國有關(guān)行業(yè)（如單晶硅廠等）。在切割單晶硅片方面，我國與發(fā)達(dá)國家尚有一定的技術(shù)差距，特別是在硅片的后精加工及表面“涂料”等方面差距相當(dāng)大。

多晶硅：多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代人工智能、自動控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料。

有機(jī)硅：兼?zhèn)淞藷o機(jī)材料與有機(jī)材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，并具有有機(jī)硅耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機(jī)硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。

（二）工業(yè)硅的制備

工業(yè)硅生產(chǎn)采用碳熱法，即用硅石、碳質(zhì)還原劑在礦熱爐內(nèi)進(jìn)行冶煉的方法。這樣制得的硅純度為97%～98%，這樣的硅一般可以用在冶金用途。如果要得到更高品級的硅，則需再將其精煉除去雜質(zhì)，得到純度為99.7%～99.8%的工業(yè)硅。

工業(yè)硅的主要生產(chǎn)流程：

經(jīng)過水洗去泥土等雜質(zhì)的硅石作為原料，破碎到一定粒度的煤、石油焦、木炭等作為還原劑，硅石及還原劑按一定的配比稱量自動加到礦熱爐內(nèi)，由變壓器導(dǎo)入的電流，通過石墨電極及爐料電阻產(chǎn)生的熱量和電極端的電弧熱將爐料加熱到2000攝氏度以上，二氧化硅被碳還原劑還原生成了工業(yè)硅液體和一氧化碳（CO）氣體，CO氣體通過料層逸出，并將爐料預(yù)熱。在硅水包底部通入氧氣、空氣混合氣體，以除去鈣、鋁等其他雜質(zhì)。再通過電動包車將硅水包運(yùn)到澆鑄間澆鑄成硅錠。硅錠冷卻后進(jìn)行破碎、分級、稱量、包裝、入庫得到成品硅塊。